CN203366968U

CN203366968U - 立体卷铁芯智能变压器

Info

Publication number: CN203366968U
Application number: CN 201320096019
Authority: CN
Inventors: 戴如宏
Original assignee: 戴如宏
Current assignee: Shanghai Taixu Energy Technology Co., Ltd.
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2023-03-01

Abstract

本实用新型公开了一种立体卷铁芯智能变压器，其包括立体卷铁芯变压器和智能控制系统。其中，智能控制系统包括有载调压开关、控制回路和数据采集电路。立体卷铁芯变压器的高压侧的调压线圈抽头与有载调压开关连接，有载调压开关与控制回路连接，控制回路与数据采集电路连接。本实用新型提供的立体卷铁芯智能变压器在原有的立体卷铁芯变压器的基础上添加了智能控制系统，在该智能控制系统中，数据采集电路采集信号，控制回路根据采集到的信号产生控制信号，用以控制有载调压开关的动作，在变压器运行的时候直接调节变压器分接，使得变压器在负载变化时能够提供在标准范围之内的恒定的输出电压，降低了功耗，大大节省了用电量。

Description

立体卷铁芯智能变压器

技术领域

本实用新型涉及变压器技术领域，尤其涉及一种立体卷铁芯智能变压器。

背景技术

随着电力工业的发展和国家对农业电网改造工程的完善，使原来电网末端电压偏低的现象得到了普遍的改善。但是，随之带来的问题是电网电压普遍偏高。目前变压器的输出端电压都是按照标准设计的是400V，但是由于电网线路的电压的负荷波动和线路的距离不同，造成变压器的输出的电压是在不断变化的，电压升到420V是常见现象，使用电量造成了很多的浪费。根据两个月浙江省某地区的10个D类电压监测点记录的数据显示：电压超高时间达到50.5％，超低时间达到1.4％，合格的时间仅为48.1％，特别是在用电负载低谷时电压由380V升至450V也是常见现象，造成电网中损耗增加和供电质量合格率低。企业用电变压器及其所有相关设备的电耗增加和经常会烧坏电机，减少设备使用寿命，增加维护和维修费用。

实用新型内容

本实用新型的目的是针对现有技术的缺陷，提出一种立体卷铁芯智能变压器，保证变压器的输出电压在标准范围之内，降低功耗，节省用电量。

本实用新型提供一种立体卷铁芯智能变压器，其包括立体卷铁芯变压器和智能控制系统；其中，智能控制系统包括有载调压开关、控制回路和数据采集电路。

立体卷铁芯变压器的高压侧的调压线圈抽头与有载调压开关连接，有载调压开关与控制回路连接，控制回路与数据采集电路连接。

可选地，所述控制回路接收所述数据采集电路输出的数据，并根据该数据产生用于控制所述有载调压开关的动作的控制信号。

可选地，所述控制回路产生用于分断有载调压开关，使闭合低一档位的有载调压开关或者使闭合高一档位的有载调压开关的控制信号。

可选地，立体卷铁芯变压器具有三相对称的立体结构，三个芯柱呈等边三角形立体排列，三个磁路长度一致。

可选地，立体卷铁芯智能变压器还包括安全保护系统，其与立体卷铁芯变压器和智能控制系统连接。

可选地，安全保护系统包括中央处理单元、电压信号反馈电路、电流信号反馈电路、模数转换电路、显示电路、通信接口电路、遥控输入电路和遥控输出电路；其中，电压信号反馈电路和电流信号反馈电路均与立体卷铁芯变压器和智能控制系统连接；电压信号反馈电路和电流信号反馈电路均与通信接口电路连接；通信接口电路与模数转换电路连接；通信接口电路还与遥控输入电路连接；遥控输入电路、显示电路和遥控输出电路均与中央处理单元连接。

可选地，智能控制系统配套使用组合旁路刀闸。

本实用新型提供的立体卷铁芯智能变压器在原有的立体卷铁芯变压器的基础上添加了智能控制系统，在该智能控制系统中，数据采集电路采集信号，控制回路根据采集到的信号产生控制信号，用以控制有载调压开关的动作，在变压器运行的时候直接调节变压器分接，使得变压器在负载变化时能够提供在标准范围之内的恒定的输出电压，降低了功耗，大大节省了用电量。

附图说明

图1为本实用新型立体卷铁芯智能变压器的系统结构图；

图2为本实用新型立体卷铁芯智能变压器的变压器调压线圈接线原理图；

图3为本实用新型立体卷铁芯智能变压器的铁芯的实物图片；

图4为本实用新型立体卷铁芯智能变压器的安全保护系统的结构示意图。

主要部件附图标记：

1 立体卷铁芯变压器

11 主油箱

111 低压绕组

112 高压主绕组

1121 高压侧的调压线圈抽头

113 调压绕组

1131 出线端

2 智能控制系统

21 切换装置

211 有载调压开关

22 控制回路

23 数据采集电路

3 安全保护系统

31 中央处理单元

32 电压信号反馈电路

33 电流信号反馈电路

34 模数转换电路

35 显示电路

36 通信接口电路

37 遥控输入电路

38 遥控输出电路

具体实施方式

为充分了解本实用新型的目的、特征及技术效果，这里通过下述具体的实施例，并结合附图，对本实用新型做详细说明，说明如下：

参照图1，其为本实用新型立体卷铁芯智能变压器的系统结构图。本实用新型立体卷铁芯智能变压器包括立体卷铁芯变压器1和智能控制系统2，其中：

智能控制系统2包括有载调压开关211、控制回路22和数据采集电路23。

立体卷铁芯变压器1的高压侧的调压线圈抽头1121与有载调压开关211连接，有载调压开关211与控制回路22连接，控制回路22与数据采集电路23连接。

数据采集电路23采集与电网线路和负载有关的参数，其中包括：电流、电压、频率、有功功率、无功功率、功率因数、电度量、开关量等电能数据；数据采集电路23利用多功能数据采集开关测量单元，直接通过硬件将采样数据送入双口RAM中，再通过对采集的数据进行修正、计算处理而得到相应数据，根据需要与其他装置进行通信。控制回路22接收数据采集电路23输出的数据，并根据这些数据产生控制信号，该控制信号用于控制有载调压开关211的动作；即，控制回路22按照软件参数设定，自动选择各调压线圈抽头相连的有载调压开关211的分合，使电压波动在一定的范围内。有载调压开关，又称“有载调压分接开关”，其允许在变压器运行的时候直接调节变压器分接，使得变压器在负载变化时能够提供恒定电压。其基本原理就是在保证不中断负载电流的情况下，实现变压器绕组中分接头之间的切换，从而改变绕组的匝数，即变压器的电压比，最终实现调压的目的。设实际调节的电压波动范围为第二阈值和第一阈值之间，即电压最小值为第二阈值，电压最大值为第一阈值。当数据采集电路输出的数据表明变压器的输出电压高于第一阈值的时候，控制回路产生的控制信号用于分断当前有载调压开关，闭合低一档位的有载调压开关；当数据采集电路输出的数据表明变压器的输出电压低于第二阈值的时候，控制回路产生的控制信号用于分断当前有载调压开关，闭合高一档位的有载调压开关。

参照图2，其为本实用新型立体卷铁芯智能变压器的变压器调压线圈接线原理图。图2是变压器一相的等效电路原理图，并非实际连接的示意图，在实际连接中，调压线圈抽头与有载调压开关不在同一柜子中，它们之间的连接需要敷设电缆或铜排，具体视容量和实际情况而定，这种连接为常用的电气连接，在此不再赘述。如图2所示，立体卷铁芯变压器的主油箱11包括低压绕组111、高压主绕组112和调压绕组113。其中，调压绕组（即高压侧的调压线圈）的抽头与切换装置21连接。切换装置21包括电感L以及分别与电感L两端连接的有载调压开关KM1和KM2，其中，KM1为高一档位的有载调压开关，KM2为低一档位的有载调压开关。开关KM1的一端与电感L连接，另一端（Q1）连接至调压绕组的抽头，开关KM2的一端与电感L连接，另一端（Q2）连接至调压绕组的抽头。另外，电感L还与高压主绕组112连接。在这里，电感L起到调压作用，它可以改变变压器高压主绕组的励磁。控制回路按照软件参数设定，通过计算得到控制信号，该控制信号控制自动选择与各调压线圈抽头相连的有载调压开关的分合，使电压波动在一定范围内。当变压器的输出电压过高的时候，控制回路分断当前有载调压开关，闭合低一档位的有载调压开关；当变压器的输出电压过低的时候，控制回路分断当前有载调压开关，闭合高一档位的有载调压开关。另外，在调压绕组113中，还引出一个出线端1131，该出线端1131是变压器一相绕组的两个端子之一，它可连接电源或其它绕组抽头，这要视变压器组别而定。

本实施例提供的立体卷铁芯智能变压器在原有的立体卷铁芯变压器的基础上添加了智能控制系统，在该智能控制系统中，数据采集电路采集信号，控制回路根据采集到的信号产生控制信号，用以控制有载调压开关的动作，在变压器运行的时候直接调节变压器分接，使得变压器在负载变化时能够提供在标准范围之内的恒定的输出电压，降低了功耗，大大节省了用电量。

在上述实施例的基础上，可选地，立体卷铁芯变压器具有三相对称的立体结构，立体卷铁芯变压器的三个芯柱呈等边三角形立体排列，三个磁路长度一致。参见图3，其为本实用新型立体卷铁芯智能变压器的铁芯的实物图片。这种立体卷铁芯变压器的硅钢带的导磁方向与磁路方向完全一致，磁路无空隙，卷绕更紧密。与传统的平面叠片式变压器相比，损耗低，噪音低，结构更为紧凑，节约了材料。如果将这样的产品替换电网线路中目前使用的叠片S7和S9的变压器，一方面，采用立体卷铁芯变压器可以节能40%以上；另一方面，采用智能控制系统更进一步的实现负载节能。也就是说，本实用新型提供的立体卷铁芯智能变压器是一种双节能的电力变压器。如果企业用电采用这种立体卷铁芯智能变压器，根据负载不同，节点效果可达6%-35%；如果供电部门采用这种立体卷铁芯智能变压器，可以保证电压合格率达到100%，能够进一步延长供电线路半径，使得线损降低，从而使整个电网工作在安全、经济、高效的运行状态。

作为一种优选的实施方式，本实用新型提供的立体卷铁芯智能变压器还可以包括安全保护系统。该安全保护系统与立体卷铁芯变压器和智能控制系统连接。参见图4，其为本实用新型立体卷铁芯智能变压器的安全保护系统的结构示意图。

具体地，安全保护系统3可以包括中央处理单元31、电压信号反馈电路32、电流信号反馈电路33、模数转换电路34、显示电路35、通信接口电路36、遥控输入电路37和遥控输出电路38；其中，通信接口电路36是电气控制中的“高速公路”、“桥梁”，连接所有设备，完成系统的监测、自动控制和保护等指定功能。电压信号反馈电路32和电流信号反馈电路33均与立体卷铁芯变压器1和智能控制系统2连接，用于获取立体卷铁芯变压器1和智能控制系统2反馈的电压信号和电流信号；电压信号反馈电路32和电流信号反馈电路33均与通信接口电路36连接；通信接口电路36与模数转换电路34连接，模数转换电路34将电压信号和电流信号做模数转换处理；通信接口电路36还与遥控输入电路37连接；遥控输入电路37、显示电路35和遥控输出电路38均与中央处理单元31连接，遥控输入电路和遥控输出电路，完成遥控需要的监测信号输入和控制信号的输出功能。在实际处理过程中，电压信号反馈电路32提供即时电压值，电流信号反馈电路33提供即时电流值；经通信接口电路36传送到模数转换电路34，将电压信号和电流信号做模数转换处理；再经通信接口电路36传送到遥控输入电路37，再经中央处理单元31计算处理，可得电压值和电流值输出到显示电路35和遥控输出电路38。

安全保护系统受微电脑或微处理器（如上述中央处理单元）控制，能实时、准确、在线监控供电线路运行情况，当立体卷铁芯变压器和智能控制系统中的线路出现漏电、过载、短路、过压、欠压和缺相问题时，安全保护系统启动保护程序，发出指令切断线路，保证用电系统的安全与稳定。另外，安全保护系统在切断线路的同时还可发出声光报警。进一步的，安全保护系统还可配备防雷功能，保护用电设备不会被雷电击坏，适用于TT（中性点直接接地、设备外壳接地）、IT（所有带电部分绝缘、设备外壳接地）、TN-S（中性点直接接地、负载采用接零保护、工作零线与保护线是严格分开的）、TN-C-S（中性点直接接地、负载采用接零保护、系统中有一部分线路的中性线与保护线合一）多种配电系统。

另外，本实用新型提供的立体卷铁芯智能变压器可以采集记录每一回路的U（电压）、I（电流）、P（功率）、COS∮（功率因数）、f（频率）、KWH（千瓦时、有功电度）、KVARH（千乏时、无功电度）等全电量数据，采集断路器开关量、异常报警信号和非电量等信号，采集保护动作信息、事件顺序记录信息、保护装置工作状态等信息，提供实时主接线图、趋势曲线、报表、事件顺序记录（SOE）等。

本实用新型提供的立体卷铁芯智能变压器对供电部门具有以下效益：

1、可延长变电所供电半径，适合农村电网的长距离送电

在地域广阔，用电负荷分散的电网中，远距离送电始终是个难题，新建变电站经济不合理，不建变电站供电质量有满足不了要求。使用本实用新型提供的立体卷铁芯智能变压器便可很好的解决此类问题，它通过调节输出电压可以成倍的延长送电距离，提高供电的电压质量。

2、可使整条线路电压合格率达到100%

根据线路参数计算，可以确定立体卷铁芯智能变压器的安装位置和整定参数。通过立体卷铁芯智能变压器自身测量计算模拟整条线路电压，调节后确保整条线路的电压均达到国家标准。

3、可有效地降低线路损耗及配变损耗

由于采用了立体卷铁芯变压器，比传统叠片式配电变压器在性能上有较大提高，与S9型同容量配电变压器相比，空载损耗下降44%，负载损耗下降7%，空载电流下降90%，噪声级下降13dB，节能效果显著。由于空载电流下降90%，所以线路损耗下降的很多，给供电系统带来巨大的经济效益。

4、智能控制系统投入或退出运行不必停电操作

本系统可配套专门设计的组合旁路刀闸，该组合旁路刀闸是完成旁路和闭锁保护的组合执行刀闸。它的功能是切断当前路线，使其它备用或互为备用的线路导通，所以不会产生带电切、分。这样的设计构思精巧，操作灵活简便。检修时不必停电就可将变压器推出运行，同样变压器投入运行时也不必停电操作，提高了供电可靠性。

5、可根据线路负荷大小自动、手动或远动调节电压

该变压器能够根据线路负荷大小自动计算、调节远端电压，确保线路无论在三相三线、两线一地等任何运行状态下都可精确调压。

本实用新型提供的立体卷铁芯智能变压器对企业用户具有以下效益：

控制线路运行电压在经济运行电压范围内，可以降低用户用电设备损耗，延长用电设备使用寿命，改变了以往“白天烧电机，晚上烧灯泡”的电压不稳的状况。根据用电负载不同节电效果在6%--35%之间。

以下两个表格所示为对输出侧电压进行调整的能耗实测数据，其中：

表1所示为五个工厂使用本实用新型的立体卷铁芯智能变压器前后的数据比对；

表2所示为某工厂使用本实用新型的立体卷铁芯智能变压器之后各用电设备的用电量及厂用电率。

表1调整10000伏电压输出侧不同电压工厂能耗实测数据

表26000伏电压不同时能耗实测数据

项目	工况1	工况2	工况3
				试验起止时间	9:00-13:00	14:45-18:45	7:00-11:00
厂用6KV电压/kw	5.755	5.996	6.207
				2号机组负荷/mw	119.773	120.667	120.055
高厂变电度/kw.h	38016	41496	44692
				低厂变电度/kw.h	1775.2	1825.2	1906
磨煤机电度/kw.h	2848.4	3505.6	3358
				排粉机电度/kw.h	5875.2	1557.2	1393.6
引风机电度/kw.h	3560.8	3926.4	4309.6
				送风机电度kw.h	4545.2	4660	4728
给水泵电度kw.h	7163.2	7385.2	7867.2
				厂用电率/%	7.97	8.597	9.307
给水泵电耗率/%	3.18	3.38	3.48
				剔除排粉机、磨煤机后厂用电率/%	6.1	7.5	8.3
凝结水泵电流/A	410	398	378
				厂用380V电压/V	361.35	377.5	386.2

表1中的“Ⅰ”“Ⅱ”“Ⅲ”分别代表“改造后工况1”、“改造后工况2”、“改造前”，其中，“Ⅰ”“Ⅱ”中的“有功节电率”和“无功节电率”正是针对“Ⅲ”来说的，表1中的“节电率”能够充分说明本实用新型的技术效果；表2说明在每天的不同时段，电压以及能耗也不同，需要智能化操作，才能达到最好效果，这正充分说明了本实用新型技术效果，即优化节电，使节电率最高。

本实用新型在上文中已以较佳实施例揭露，然而本领域技术人员应理解的是，该实施例仅用于描绘本实用新型，而不应解读为限制本实用新型的范围。应注意的是，凡是与该实施例等效的变化与置换，均应视为涵盖于本实用新型的范畴内。

Claims

1.一种立体卷铁芯智能变压器，其特征在于，包括：立体卷铁芯变压器和智能控制系统；其中，所述智能控制系统包括有载调压开关、控制回路和数据采集电路；

所述立体卷铁芯变压器的高压侧的调压线圈抽头与所述有载调压开关连接，所述有载调压开关与所述控制回路连接，所述控制回路与所述数据采集电路连接。

2.根据权利要求1所述的立体卷铁芯智能变压器，其特征在于，所述控制回路接收所述数据采集电路输出的数据，并根据该数据产生用于控制所述有载调压开关的动作的控制信号。

3.根据权利要求2所述的立体卷铁芯智能变压器，其特征在于，所述控制回路产生用于分断有载调压开关，使闭合低一档位的有载调压开关或者使闭合高一档位的有载调压开关的控制信号。

4.根据权利要求1或2或3所述的立体卷铁芯智能变压器，其特征在于，所述立体卷铁芯变压器具有三相对称的立体结构，所述立体卷铁芯变压器的三个芯柱呈等边三角形立体排列，三个磁路长度一致。

5.根据权利要求1或2或3所述的立体卷铁芯智能变压器，其特征在于，还包括：安全保护系统，所述安全保护系统与所述立体卷铁芯变压器和所述智能控制系统连接。

6.根据权利要求5所述的立体卷铁芯智能变压器，其特征在于，所述安全保护系统包括中央处理单元、电压信号反馈电路、电流信号反馈电路、模数转换电路、显示电路、通信接口电路、遥控输入电路和遥控输出电路；

其中，所述电压信号反馈电路和电流信号反馈电路均与所述立体卷铁芯变压器和所述智能控制系统连接；

所述电压信号反馈电路和电流信号反馈电路均与所述通信接口电路连接；

所述通信接口电路与所述模数转换电路连接；

所述通信接口电路还与所述遥控输入电路连接；

所述遥控输入电路、所述显示电路和所述遥控输出电路均与所述中央处理单元连接。

7.根据权利要求1所述的立体卷铁芯智能变压器，其特征在于，所述智能控制系统配套使用组合旁路刀闸。